协议库在直放站监控系统中的设计与实现

敖 姣，周祖望

(1.武汉邮电科学研究院，湖北武汉430074;2.武汉虹信通信技术有限责任公司，湖北武汉430074)

随着移动通信技术的飞速发展，直放站在移动通信网络建设中发挥着越来越重要的作用。直放站的这种广泛应用性使得如果直放站设备出现故障，将可能会对整个通信网络产生严重影响，因此，需要对直放站进行监控［1］。然而，由于直放站不仅协议众多，而且设备类型丰富，急需一种强大的协议库来支持对直放站设备的监控［2］。本文借助C#开发平台，提出了一种支持协议库的三层结构交互通信的软件设计方案，将现行的直放站综合网管监控协议［3］，如 3G 标准(TD－SCDMA，CDMA2000，WCDMA)与2G标准(GSM，CDMA等)融合起来，并能灵活扩展与兼容4G标准(LTE)，以便快速实现对直放站各项参量的检测。并且，通过调用协议库统一的接口，也可实现各种直放站网管平台及自动化测试平台的协议需求，具有较强的独立性、移植性和扩展性。

1 直放站监控系统总体设计方案

1.1 硬件设计

由于直放站不仅生产厂家众多，而且设备类型丰富，例如有移频直放站、选频直放站、宽带直放站、光纤直放站等［4］。然而，直放站监控系统硬件模块功能差异不大，本设计针对常用直放站监控系统进行论述和分析，其硬件基本流程如图1所示。

图1 直放站监控系统硬件流程图

图1中，监控芯片采集到直放站各功能模板状态，如电流、电压、温度和功率等信息，将此模拟量转换为数字量，并通过通信模块接口传输到PC机进行数据分析及显示。同样，PC机可设置各种参数，通过通信链路传输给监控芯片进行数据处理，经D/A转换后，数据量分发给各个功能模块，实现了调节控制各模块的功能。

1.2 软件设计

直放站监控系统采用分层的设计思想［5］，将软件从总体上分为3层：界面显示层、数据处理层和业务逻辑层，实现了各层之间的交互通信，如图2所示。

图2 直放站监控系统3层结构图

业务逻辑层支持协议库接口，主要负责各种协议的处理，包括数据帧的打包和解析、调测模板配置等。数据处理层主要用于处理数据库相关业务，如各种监控参量的存储、加载、查询以及监控参量的处理等。界面显示层主要负责处理用户界面实物，是程序与用户交互的接口，接收用户的各种输入，处理后返回结果显示给用户。

本直放站监控系统可采用2种方式进行操作，即联机方式和模板方式，其处理流程图如图3所示。

图3 直放站监控系统处理流程图

其中，联机方式是在对直放站设备的监控协议不知晓的情况下进行，从而确定其协议类型。此过程需要多次调用协议库接口进行不同协议的组帧，通过直放站设备对不同协议帧的回应解析出该设备的协议类型。并且，发送数据帧和接收帧由独立的线程控制。当直放站监控系统发出组帧命令时，发送线程立即触发写入事件并存储在发送序列中，减少了多次组帧造成的时延，保证了系统的稳定性。直放站监控系统接收到数据帧时，立即将数据流写入接收序列并执行读取事件，并调用协议库进行数据分析，则保证了上报参量及告警参量的状态的实时监测及远程升级数据包的时延要求［6］。

2 协议库的设计

协议库设计的目的是为了将各大运营商不同制式的直放站监控协议统一起来，使直放站监控系统在协议层形成一个透明调用和访问的统一接口，其内部可以兼容多种协议，并且协议种类可以进行扩展，每种协议独立形成一个协议单元，由总接口进行不同协议单元的调度管理和派发。每种协议的具体功能实现在各协议单元内封装，保持完全独立。接口一旦被确定，就不需要再进行更改，从而保证接口的稳定性和可扩展性。

2.1 协议库设计方案

协议库实现对协议层细节内容的封装，使直放站监控系统与协议层隔离屏蔽开来，即直放站监控系统不需要了解相关协议的具体格式规范和定义，任何需要协议组帧、解帧、判断的地方，都只需按照一个统一逻辑的访问形式，传递必要的协议数据及相关信息给协议库，协议库就能够完成功能。协议库处理流程如图4所示。

图4 协议库处理流程图

协议类模块定义了基类接口，各具体协议通过继承该基类接口，达到对外统一的目的，即仅调用接口就可实现数据的组帧和解析等功能。

2.2 协议库组帧及解析

协议帧的每个格式单元均定义为独立的变量类型，如命令标识定义为枚举类型(上报为01、查询为02、设置为03等)，通过调用协议类模块组帧接口，将外部传递进来的原始参数，如协议类型、通信方式、操作方式、站点编号、设备编号、设备类型及参量数据等，按照要求的协议，封装为符合指定协议规范的协议帧，并输出协议数据帧。协议解析则是将外部传递进来的原始数据帧，解析成为参数列表形式并输出。

根据各协议帧结构的相似之处，将协议类型大致分为两种：类移动3G协议、类联通GSM1.0协议。类移动3G 协议包括移动 GSM1.0、TD －SCDMA、电信 CDMA2000、联通新监控协议(以WCDMA为主)等;类联通GSM1.0 协议包括联通 GSM1.0、联通 CDMA 等［7］。由此可将解析协议帧分为2个步骤：1)从数据流中找到一个匹配的协议帧，包括查找帧头和帧尾字节，判断校验和正确及命令体长度正确等;2)解析出命令体后，通过调用解析算法可以解析出协议帧命令体中的内容，把解析出来的参数对象放置到参数容器中。此解析过程提高了系统处理数据的能力，通过预判断能够丢弃大量无用数据，减少了解析处理消耗的系统资源。协议解析流程如图5所示。

图5 协议库帧解析流程图

3 协议流的控制

为减少数据组帧及解析带来的时延，保证监控数据传递能力，将协议流分为发送和接收两部分，采用多线程控制的方式控制发送和接收序列进行协议流的入队与出队。

发送序列及线程的定义如下：

自行研制的DHG-9240A型热风干燥试验装置；上海光正医疗仪器有限公司的YP6102型电子天平，其分度值为0.01g。

发送序列帧入队由发送线程控制，其目的主要是存储与管理待发送的协议帧，并采用线程控制避免拥塞。在构造函数中初始化各线程的状态，发送线程控制通信接口事件，如通过封装串口通信方式下采用的SerialPort类自带DataReceived()事件接收协议流，并将接收协议流写入接收序列中。接收序列帧出队由接收线程控制，实现过程与入队大同小异。值得注意的是，接收序列需考虑是否协议帧分多次入队，即需判断是否收到完整的协议帧。

4 测试

直放站监控系统主界面包含设备类型模板窗口、调测模板通信配置窗口、调测日志窗口和参数窗口，见图6。

图6 直放站监控系统主界面图

设备联机后会在设备类型模板窗口中自动生成测试模板。同时在调测模板通信配置窗口中，协议类型显示为当前的协议类型。若待测设备所支持的协议类型是类移动3G协议，如设备类型为：中国联通新监控协议(即WCDMA协议)，如图7所示。

对不同协议的直放站设备的监控系统的测试均包括：配置管理功能测试、告警管理功能测试和远程升级功能测试。

1)配置管理功能测试

监控参量的配置包括查询和设置监控参量列表，查询是查找直放站设备所支持的监控参量，配置是人为选择需要的监控参量设置到直放站设备中，如图8所示。

图7 调测模板窗口图

图8 监控参量配置图

2)告警管理功能测试

告警管理功能测试包括告警状态及告警使能两方面。根据协议，当告警参数的使能为开，即为使能状态时，告警的状态是正常还是告警才会有实际意义，否则会屏蔽告警状态，如图9所示。

图9 告警参量功能测试图

3)远程升级功能测试

远程升级功能测试不仅包括用户界面的测试和升级参量测试，还包括升级功能的测试，如图10所示。其中，升级参量的测试借助于当前模板的通信方式及协议，与主界面中参量的查询和设置一样。升级功能需要按升级命令对每一个操作环节进行测试，确保每一步骤顺利实现，否则此升级过程即为失败。

图10 远程升级功能测试图

5 结论

本设计采用支持协议库的直放站监控系统3层设计方案，经对直放站2G/3G设备的调测验证，整个界面布局合理，信息量大，给人直观整洁的印象，提高了用户友好性、人性化和易操作性，可以实现对不同类型直放站设备的有效监控，同时减少对直放站设备的调测时间，提高对直放站各项指标的测试效率。今后还将扩展和兼容4G协议的数据库，以便对LTE项目的各类直放站设备进行监控，具有较强的实用性和较大的发展远景。

［1］迟峰，戴敬.现代通信直放站监控技术的分析与研究［J］.信息技术，2008，32(3)：64 －67.

［2］姜维军，张国栋.基于直放站的远程监控系统［J］.福建电脑，2009(9)：121 －122.

［3］熊尚坤，梁健生，王庆扬.WCDMA系统直放站设备监控管理系统原理与组网实现［J］.移动通信，2008(13)：44－47.

［4］胡宪华，吴捷，丁三第，等.直放站与分布系统网管协议的研究与开发［J］.电信科学，2006(11)：26－29.

［5］温蕾，孙娱，李锦仪，等.3G直放站设备监控管理技术与测试［J］.电信网技术，2008(9)：39 －43.

［6］邓洪波，张远见.CDMA直放站的监控系统［J］.电子技术，2003(2)：35－37.

［7］吴海彬.直放站监控管理软件设计［J］.微计算机信息，2003(11)：97－98.